一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的方法及裝置的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的方法，首先，通過(guò)CCD相機(jī)獲得傳送帶上被測(cè)原煤的原始圖像，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理；其次，利用圖像灰度值填充圖像的高度值并進(jìn)行三維重建，計(jì)算出原煤的像素體積，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的像素當(dāng)量計(jì)算得到原煤的實(shí)際體積，并根據(jù)體積閾值判斷得到大塊的原煤；再根據(jù)圖像的灰度直方圖確定出煤矸石，并利用工業(yè)機(jī)器人將煤矸石分揀到指定區(qū)域；本發(fā)明具有提高大塊煤矸石分揀的準(zhǔn)確度和速度的特點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及大塊煤矸石的分揀技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分 揀大塊煤矸石的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國(guó)煤田分布廣，成煤時(shí)代全，是全球煤炭開(kāi)采量最大的國(guó)家，提高煤炭的質(zhì)量與 產(chǎn)量是提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益、增強(qiáng)煤礦產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的一項(xiàng)重要措施。
[0003] 煤矸石是在成煤過(guò)程中與煤共同沉積的有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)化合物混合在一起的 巖石，屬劣質(zhì)燃料，其發(fā)熱量低，碳含量低，硬度大，礦物含量高，有機(jī)質(zhì)含量低。若煤礦中的 煤矸石含量過(guò)多，會(huì)影響煤的產(chǎn)量和質(zhì)量。工業(yè)上一般會(huì)將煤矸石作為一種工業(yè)廢棄物露 天堆放，既浪費(fèi)了寶貴的礦產(chǎn)資源，又占用農(nóng)田，矸石淋溶水將污染周?chē)寥篮偷叵滤?，?且煤矸石中含有一定的可燃物，在適宜的條件下發(fā)生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物、碳氧 化物和煙塵等有害氣體污染大氣環(huán)境，影響礦區(qū)居民的身體健康，帶來(lái)了非常嚴(yán)重的社會(huì)、 環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題。但是若將煤矸石進(jìn)行合理的利用，或從煤矸石中回收有用礦物和化工產(chǎn) 品，或應(yīng)用于建筑行業(yè)作為充填材料，或制成肥料，都有很大的商用價(jià)值。
[0004] 多年以來(lái)，大塊煤矸石一直靠人力用鐵鍬從手選帶式輸送機(jī)上推到排矸溜槽上排 出，這種方式人的勞動(dòng)強(qiáng)度極大，選矸和排矸的效率較低，特別是井下過(guò)斷層期間，大矸石 的人工分揀排放嚴(yán)重制約著整個(gè)礦井的生產(chǎn)和礦井的提升速度。而利用圖像處理技術(shù)與工 業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)煤矸石的分揀，能夠降低傳統(tǒng)圖像處理算法的復(fù)雜度，提高煤矸石分揀的準(zhǔn) 確度和速度，保證煤的質(zhì)量和產(chǎn)量，具有很大的商用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種利用數(shù)字圖像處理技 術(shù)分揀大塊煤矸石的方法及裝置，采用填充圖像高度的方法得到原煤體積并利用工業(yè)機(jī)器 人實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分揀，具有降低圖像處理復(fù)雜度，提高分揀大塊煤矸石的準(zhǔn)確度和速度的特點(diǎn)。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0008] 步驟一:通過(guò)CCD相機(jī)獲得傳送帶上被測(cè)原煤的左視圖、右視圖和主視圖，將圖像 傳送到計(jì)算機(jī)；
[0009] 步驟二:計(jì)算出圖像尺寸與實(shí)際尺寸之間的像素當(dāng)量ε，得到單位像素所代表的實(shí) 際尺寸；
[0010] 步驟三:對(duì)左視圖、右視圖和主視圖進(jìn)行濾波處理，并進(jìn)行灰度化，將圖像變成灰 度圖像；
[0011]步驟四：將原煤圖像與背景進(jìn)行分割，得到有效的煤塊區(qū)域;計(jì)算煤塊區(qū)域的平均 灰度值Gmean，Gm_大于120即為煤矸石；
[0012] 步驟五:對(duì)主視圖采用自適應(yīng)閾值法進(jìn)行二值化處理，并求出上、下、左、右四個(gè)頂 點(diǎn)的位置；
[0013] 步驟六:計(jì)算上頂點(diǎn)、下頂點(diǎn)到左頂點(diǎn)的水平距離為Nleftl和Nleft2,取兩者較大值 Nieft=max(Niefti，Nieft2)為左側(cè)最大像素?cái)?shù)目；
[0014] 步驟七：畫(huà)出左視圖的灰度直方圖，灰度最小值Gimin對(duì)應(yīng)的高度值為0，灰度最大 值Gimax對(duì)應(yīng)的高度值為Ni eft，其他各灰度值的像素高度為
[0015]
[0016]通過(guò)每點(diǎn)的高度值建立三維模型，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得出左視圖三維模型空間中所 包含的實(shí)際立體像素塊數(shù)目si;
[0017] 步驟八:計(jì)算上頂點(diǎn)、下頂點(diǎn)到右頂點(diǎn)的水平距離為NrightdPNright2，取兩者較大值 Nright = maX(Nrightl，Nright2)為右側(cè)取大像素?cái)?shù)目；
[0018] 步驟九：畫(huà)出右視圖的灰度直方圖，灰度最小值Grmin對(duì)應(yīng)的高度值為0，灰度最大 值Grmax對(duì)應(yīng)的高度值為N right，其他各灰度值的像素高度為
[0019]
[0020]通過(guò)每點(diǎn)的高度值建立三維模型，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得出右視圖三維模型空間中所 包含的實(shí)際立體像素塊數(shù)目S2 ;
[0021] 對(duì)左右視圖三維模型空間中所包含的實(shí)際立體像素塊數(shù)目進(jìn)行求和，SUm = S1+S2;
[0022] 步驟十：利用像素當(dāng)量ε，將圖像坐標(biāo)系中的像素體積換算為實(shí)際測(cè)量體積，V = sumX ε3；
[0023] 將計(jì)算出的體積V與閾值Vmax進(jìn)行比較，大于Vmax的為大塊煤矸石；
[0024] 步驟十一:通過(guò)目標(biāo)定位得到傳送帶上煤矸石的坐標(biāo)，并將坐標(biāo)信息通過(guò)以太網(wǎng) 傳送給工業(yè)機(jī)器人;工業(yè)機(jī)器人將煤矸石抓取到指定區(qū)域，其他原煤被傳送帶輸送到煤炭 指定區(qū)域。
[0025] 所述的 Vmax 為 100cm3〇
[0026] -種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的裝置，包括運(yùn)輸煤矸石、原煤的傳 送帶，在傳送帶的上方安裝有上方相機(jī)，傳送帶的左右兩端安裝有左側(cè)相機(jī)與右側(cè)相機(jī)，固 定在傳送帶一側(cè)的工業(yè)機(jī)器人;左側(cè)相機(jī)與右側(cè)相機(jī)鏡頭面對(duì)放置，均固定在傳送帶的邊 緣且與上方相機(jī)在同一垂直面上，工業(yè)機(jī)器人與左側(cè)相機(jī)在同側(cè)，并沿著傳送帶方向設(shè)置 在左側(cè)相機(jī)前方;所述的左側(cè)相機(jī)、右側(cè)相機(jī)與上方相機(jī)的輸出端與工業(yè)機(jī)器人的輸入端 相連。
[0027]本發(fā)明的有益效果：
[0028] 本發(fā)明涉及的大塊煤矸石分揀工業(yè)機(jī)器人，可以實(shí)現(xiàn)大塊煤矸石的自動(dòng)分揀處 理，具有自動(dòng)、無(wú)損、準(zhǔn)確度高、速度快的特點(diǎn)。若將本發(fā)明應(yīng)用于煤礦開(kāi)采領(lǐng)域，能夠較好 地分揀出煤礦中夾雜的大塊煤矸石，保證煤的質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)還可將煤矸石分揀出來(lái)進(jìn) 行綜合利用，減少環(huán)境污染，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，具有很大的市場(chǎng)潛力。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1為本發(fā)明大塊煤矸石計(jì)算的流程圖。
[0030]圖2為本發(fā)明大塊煤矸石分揀的流程圖。
[0031]圖3為本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0033]如圖1所示:一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的方法，其特征在于，包 括以下步驟：
[0034] 步驟一:通過(guò)CCD相機(jī)獲得傳送帶上被測(cè)原煤的左視圖、右視圖和主視圖，將圖像 傳送到計(jì)算機(jī)；
[0035] 步驟二:計(jì)算出圖像尺寸與實(shí)際尺寸之間的像素當(dāng)量ε，得到單位像素所代表的實(shí) 際尺寸；
[0036]步驟三:對(duì)左視圖、右視圖和主視圖進(jìn)行濾波處理，并進(jìn)行灰度化，將圖像變成灰 度圖像；
[0037]步驟四：將原煤圖像與背景進(jìn)行分割，得到有效的煤塊區(qū)域;計(jì)算煤塊區(qū)域的平均 灰度值Gmean，Gm_大于120即為煤矸石；
[0038] 步驟五:對(duì)主視圖采用自適應(yīng)閾值法進(jìn)行二值化處理，并求出上、下、左、右四個(gè)頂 點(diǎn)的位置；
[0039] 步驟六:計(jì)算上頂點(diǎn)、下頂點(diǎn)到左頂點(diǎn)的水平距離為NleftdPNleft2,取兩者較大值 Nieft=max(Niefti，Nieft2)為左側(cè)最大像素?cái)?shù)目；
[0040] 步驟七：畫(huà)出左視圖的灰度直方圖，灰度最小值Gimin對(duì)應(yīng)的高度值為0，灰度最大 值Gimax對(duì)應(yīng)的高度值為Ni eft，其他各灰度值的像素高度為
[0041]
[0042]通過(guò)每點(diǎn)的高度值建立三維模型，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得出左視圖三維模型空間中所 包含的實(shí)際立體像素塊數(shù)目si;
[0043] 步驟八:計(jì)算上頂點(diǎn)、下頂點(diǎn)到右頂點(diǎn)的水平距離為Nright^Nright2，取兩者較大值 Nright = maX(Nrightl，Nright2)為右側(cè)取大像素?cái)?shù)目；
[0044] 步驟九：畫(huà)出右視圖的灰度直方圖，灰度最小值Grmin對(duì)應(yīng)的高度值為0，灰度最大 值Grmax對(duì)應(yīng)的高度值為N right，其他各灰度值的像素高度為
[0045]
[0046]通過(guò)每點(diǎn)的高度值建立三維模型，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得出右視圖三維模型空間中所 包含的實(shí)際立體像素塊數(shù)目S2 ;
[0047]對(duì)左右視圖三維模型空間中所包含的實(shí)際立體像素塊數(shù)目進(jìn)行求和，sum = S1+s2;
[0048] 步驟十：利用像素當(dāng)量ε，將圖像坐標(biāo)系中的像素體積換算為實(shí)際測(cè)量體積，V = sumX ε3；
[0049] 將計(jì)算出的體積V與閾值Vmax進(jìn)行比較，大于Vmax的為大塊煤矸石；
[0050] 步驟十一:通過(guò)目標(biāo)定位得到傳送帶上煤矸石的坐標(biāo)，并將坐標(biāo)信息通過(guò)以太網(wǎng) 傳送給工業(yè)機(jī)器人;工業(yè)機(jī)器人將煤矸石抓取到指定區(qū)域，其他原煤被傳送帶輸送到煤炭 指定區(qū)域。
[0051 ]所述的 Vmax 為 100cm3〇
[0052]如圖3所示：一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的裝置，包括運(yùn)輸煤矸 石、原煤的傳送帶，在傳送帶的上方安裝有上方相機(jī)，傳送帶的左右兩端安裝有左側(cè)相機(jī)與 右側(cè)相機(jī)，固定在傳送帶一側(cè)的工業(yè)機(jī)器人;左側(cè)相機(jī)與右側(cè)相機(jī)鏡頭面對(duì)放置，均固定在 傳送帶的邊緣且與上方相機(jī)的同一垂直面上，工業(yè)機(jī)器人與左側(cè)相機(jī)在同側(cè)，并沿著傳送 帶方向設(shè)置在左側(cè)相機(jī)前方;所述的左側(cè)相機(jī)、右側(cè)相機(jī)與上方相機(jī)的輸出端與工業(yè)機(jī)器 人的輸入端相連。
[0053] 本發(fā)明的工作原理：
[0054]首先，通過(guò)CCD相機(jī)獲得傳送帶上被測(cè)原煤的原始圖像，利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì) 圖像進(jìn)行預(yù)處理;其次，利用圖像灰度值填充圖像的高度值并進(jìn)行三維重建，計(jì)算出原煤的 像素體積，并根據(jù)對(duì)應(yīng)的像素當(dāng)量計(jì)算得到原煤的實(shí)際體積，并根據(jù)體積閾值判斷得到大 塊的原煤;再根據(jù)圖像的灰度直方圖確定出煤矸石，并利用工業(yè)機(jī)器人將煤矸石分揀到指 定區(qū)域。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一:通過(guò)CCD相機(jī)獲得傳送帶上被測(cè)原煤的左視圖、右視圖和主視圖，將圖像傳送 到計(jì)算機(jī)； 步驟二:計(jì)算出圖像尺寸與實(shí)際尺寸之間的像素當(dāng)量ε，得到單位像素所代表的實(shí)際尺 寸； 步驟三:對(duì)左視圖、右視圖和主視圖進(jìn)行濾波處理，并進(jìn)行灰度化，將圖像變成灰度圖 像； 步驟四：將原煤圖像與背景進(jìn)行分割，得到有效的煤塊區(qū)域;計(jì)算煤塊區(qū)域的平均灰度 值Gmean，Gmean大于120即為煤矸石； 步驟五:對(duì)主視圖采用自適應(yīng)閾值法進(jìn)行二值化處理，并求出上、下、左、右四個(gè)頂點(diǎn)的 位置； 步驟六:計(jì)算上頂點(diǎn)、下頂點(diǎn)到左頂點(diǎn)的水平距離為NleftdPNleft2,取兩者較大值N left = max(Niefti，Nleft2)為左側(cè)最大像素?cái)?shù)目； 步驟七:畫(huà)出左視圖的灰度直方圖，灰度最小值Gimin對(duì)應(yīng)的高度值為0，灰度最大值Gimax 對(duì)應(yīng)的高度值為Nieft，其他各灰度值的像素高度為通過(guò)每點(diǎn)的高度值建立三維模型，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得出左視圖三維模型空間中所包含 的實(shí)際立體像素塊數(shù)目S1; 步驟八:計(jì)算上頂點(diǎn)、下頂點(diǎn)到右頂點(diǎn)的水平距離為Nrightl和Nright2，取兩者較大值Nright = maX(Nrightl，Nright2)為右側(cè)取大像素?cái)?shù)目； 步驟九：畫(huà)出右視圖的灰度直方圖，灰度最小值Grmin對(duì)應(yīng)的高度值為0，灰度最大值Grmax 對(duì)應(yīng)的高度值為Nright，其他各灰度值的像素高度為通過(guò)每點(diǎn)的高度值建立三維模型，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)得出右視圖三維模型空間中所包含 的實(shí)際立體像素塊數(shù)目S2 ; 對(duì)左右視圖三維模型空間中所包含的實(shí)際立體像素塊數(shù)目進(jìn)行求和，sum= S1+S2; 步驟十:利用像素當(dāng)量ε，將圖像坐標(biāo)系中的像素體積換算為實(shí)際測(cè)量體積，V = sumX ε3; 將計(jì)算出的體積V與閾值Vmax進(jìn)行比較，大于Vmax的為大塊煤矸石； 步驟十一：通過(guò)目標(biāo)定位得到傳送帶上煤矸石的坐標(biāo)，并將坐標(biāo)信息通過(guò)以太網(wǎng)傳送 給工業(yè)機(jī)器人;工業(yè)機(jī)器人將煤矸石抓取到指定區(qū)域，其他原煤被傳送帶輸送到煤炭指定 區(qū)域。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的方法，其特征 在于，所述的Vmax為100cm3 〇3. 基于權(quán)利要求1所述方法的一種利用數(shù)字圖像處理技術(shù)分揀大塊煤矸石的裝置，包 括運(yùn)輸煤矸石、原煤的傳送帶，在傳送帶的上方安裝有上方相機(jī)，傳送帶的左右兩端安裝有 左側(cè)相機(jī)與右側(cè)相機(jī)，固定在傳送帶一側(cè)的工業(yè)機(jī)器人;左側(cè)相機(jī)與右側(cè)相機(jī)鏡頭面對(duì)放 置，均固定在傳送帶的邊緣且與上方相機(jī)的同一垂直面上，工業(yè)機(jī)器人與左側(cè)相機(jī)在同側(cè)， 并沿著傳送帶方向設(shè)置在左側(cè)相機(jī)前方;所述的左側(cè)相機(jī)、右側(cè)相機(jī)與上方相機(jī)的輸出端 與工業(yè)機(jī)器人的輸入端相連。
【文檔編號(hào)】B07C5/342GK105944976SQ201610323055
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】黨宏社, 張超, 侯金良, 劉芳芳
【申請(qǐng)人】陜西科技大學(xué)